JPH06194534A - アレー導波路回折格子型光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実用的な光合分波器であるアレー導波路回折
格子型光合分波器を提供する。 【構成】 シリコン製の基板１と、当該基板１上に形成
される複数の入力導波路２，複数の出力導波路３，アレ
ー導波路回折格子，入力側スラブ導波路及び出力側スラ
ブ導波路とから構成される導波路型の波長分割多重光通
信用の光合分波器において、該入力側スラブ導波路と該
出力側スラブ導波路とを同一のスラブ導波路５とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はこの光通信方式におい
て、実用的な光合分波器であるアレー導波路回折格子型
光合分波器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信の分野においては、複数の信号を
別々の波長の光に載せ、１本の光ファイバで伝送し通信
容量を拡大する方法（光波長分割多重伝送方式，Wavele
ngth Division Multiplexing：ＷＤＭ方式）が検討され
ている。一般に、この光通信方式のアレー導波路回折格
子型光合分波器としては、図３のような導波路構成が知
られている。同図に示すように、基板６の上には、複数
の入力導波路７と、複数の出力導波路８と、異なる長さ
の複数の導波路から構成されるアレー導波路回折格子９
と、入力側スラブ導波路１０及び出力側スラブ導波路１
１とがフォトリソグラフィなどの微細加工技術を用いて
作製されている。

【０００３】上記構成において、波長多重光を波長ごと
に分波する分波器として動作させる場合には、波長多重
光が伝搬する光ファイバは入力導波路の内の１つに接続
され、光が導入される。入力光は入力側スラブ導波路１
０において、回折により広がりアレー導波路回折格子を
構成する複数のアレー導波路９を伝搬する。その後に、
出力側スラブ導波路８で集光されるが、アレー導波路９
で生じた波面の傾きが波長に依存するため、集光位置が
波長によって異なるので、波長ごとに異なる出力導波路
８から取り出される。

【０００４】例えば、波長1.５５μｍ帯で、波長間隔１
nm、波長数１３のものが、３cm×４cm程度の大きさで実
現されている（Optical Society of America発行、Opti
cs Letters, vol.17, pp.499-501,1992 参照）。

【０００５】この導波路型の光合分波器は、回折格子と
レンズなどの部品から構成される、従来のバルク型の光
合分波器よりも生産コスト、小型化、大量生産性、安定
性などの多くの点で勝っており将来の光合分波器として
実用化されつつある。

【０００６】近年、この光波長多重通信の波長を間隔を
１nmよりもさらに狭くして、通信容量を１０倍以上に大
きくする通信方式が検討されている。例えば、波長間隔
が0.０８nmのとき、光の周波数間隔にして１０GHz とな
り、周波数で表示した方が便利なので光周波数分割多重
（Frequency Division Multiplexing ：ＦＤＭ）と一般
に呼ばれている。このＦＤＭ方式においても光合分波器
にはアレー導波路回折格子型が有望であると考えられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
導波路構成で、0.０８nmという小さな波長間隔を実現し
ようとすると次のような欠点が生じる。

【０００８】波長間隔を狭めるにはアレー導波路回折格
子を構成するアレー導波路９の長さの差（光路長差）を
大きくしなければならない。この時、アレー導波路回折
格子の大きさだけで約２cm×６cmもの大きさとなるとい
う問題がある。

【０００９】また、スラブ導波路１０，１１も大きくす
る必要があるため、基板６には直径１０cm以上のウェハ
が必要となり、生産性に欠けるという問題がある。

【００１０】さらに、アレー導波路９の範囲が広くなる
ので、光導波膜の特性ばらつきの影響を受けやすく、光
合分波器で重要な特性パラメータであるクロストーク、
挿入損失が劣下するという問題がある。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、新規な導波路構成を提案
し、より実用的な光合分波器であるアレー導波路回折格
子型光合分波器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係るアレー導波路回折格子型光合分波器の構成は、
基板と、基板上に形成される複数の入力導波路，複数の
出力導波路，アレー導波路回折格子，入力側スラブ導波
路及び出力側スラブ導波路とから構成される導波路型の
波長分割多重光通信用の光合分波器において、該入力側
スラブ導波路と該出力側スラブ導波路とが同一のスラブ
導波路であることを特徴とする。

【００１３】すなわち、本発明のアレー導波路回折格子
型光合分波器では、その導波路構成において、アレー導
波路の折り曲げをおよそ２７０度（９０度×３）とし、
従来細長かったアレー導波路をコンパクトにするととも
に、従来別々であった入力側スラブ導波路と出力側スラ
ブ導波路を共通のものすなわち略同一とするものであ
る。

【００１４】

【作用】上述の導波路構成によれば、従来は２回であっ
たアレー導波路の９０度の折り曲げ回数が３回になり、
同じ光路長差を得るのに必要なアレー導波路の占有面積
が従来よりの２／３程度になる。また、入力側スラブ導
波路と出力側スラブ導波路が共通のもの、すなわち同一
となっているので、スラブ導波路の合計面積が約１／２
となる。この構成においては、アレー導波路に入る前と
出た後の光がスラブ導波路内で交差することになるが、
交差する光間には相互作用がないので、従来の入力側ス
ラブ導波路と出力側スラブ導波路の両方が有する機能は
維持されたままである。さらに、導波路と導波路の間の
空間（デッドスペース）も小さくなるので一段と基板の
小型化が図れる。よって従来、問題となっていた導波膜
の特性ばらつきによる光合分波器の特性劣下も、アレー
導波路の範囲が狭くなることにより抑制できる。

【００１５】

【実施例】以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】図１に本発明の実施例として、アレー導波
路回折格子型光合分波器の導波路構成を示す。基板１の
上に、複数の入力導波路２、複数の出力導波路３、アレ
ー導波路４が一つのスラブ導波路５を介して接続されて
いる。波長多重光信号が流れている光ファイバ（図示省
略）が入力導波路の内の１つに接続される。信号光は入
力導波路２を伝搬した後、スラブ導波路５で回折現象に
より広がりながら、図面下方向に進みアレー導波路４に
入る。このアレー導波路４では９０度の方向転換を３回
行い、再び同一のスラブ導波路５に達する。今度は、光
はスラブ導波路５内を図面右方向に伝搬する。先に説明
したように、この時波長ごとに集光位置が異なるので、
波長多重された光はそれぞれの出力導波路から別々に取
り出される。

【００１７】図２は図１におけるスラブ導波路５付近の
詳細を示す図である。同図においてアレー導波路４を構
成する複数の導波路はスラブ導波路５との接続部におい
て徐々に幅が増加し、当該スラブ導波路５との接続損失
を低減する構成となっている。また、アレー導波路４は
対面する複数の入力導波路２あるいは出力導波路３のう
ちの中央の導波路を曲率中心とする円周上に配置されて
いる。図中、破線は回折格子の分野で良く知られている
ローランド円を示す。ローランド円は入力あるいは出力
導波路２，３とアレー導波路４との距離を直径とする円
である。入力あるいは出力導波路２，３はローランド円
上に配置されていて、アレー導波路４からの回折光が効
率よく受光できるようになっている。

【００１８】図面から明らかなように、本実施例のアレ
ー導波路回折格子型光合分波器の基板は従来のものと比
較して、よりコンパクトな構成となっている。また、従
来は導波路構成が細長く、円形のウェハを基板として用
いると無駄になる面積が多かったが、本実施例の導波路
構成によれば円形のウェハを有効に用いることができ
る。

【００１９】このように、本実施例によれば、スラブ導
波路５内で交差する光と光には相互作用がなく独立して
伝搬することを巧みに利用することにより、従来は２つ
必要だったスラブ導波路を１つにして、また、アレー導
波路４の形状が従来は細長かったものを四角形にするこ
とにより、よりコンパクトなアレー導波路回折格子型光
合分波器を実現することが可能となる。

【００２０】また、波長間隔が０．０８nm（１０GHz ）
のＦＤＭ用の光合分波器で比較すると、従来の導波路構
成では約３cm×１０cmの基板が必要であったのに対し、
本実施例の構成では約５cm×５cmとコンパクトである。

【００２１】この光分岐挿入回路の作製に当たっては以
下の手順に従った。 （１）まず、アレー導波路回折格子型波長分割多重光合
分波器をシリコン基板１上に石英系光導波路を用いて作
製した。まず、シリコン基板上に火炎堆積法により石英
ガラスを堆積しアンダークラッドとした。 （２）つづいて導波路コアとなるゲルマニウム添加石英
導波膜を同様に火炎堆積法を用いて堆積した。 （３）次に前記の導波路構成で設計した導波路パターン
のフォトマスクを作製し、これを用いたフォトリソグラ
フィと反応性イオンエッチングにより所望の導波路コア
パターンを形成した。 （４）その後、同様の火炎堆積法により再び石英ガラス
を堆積して、ゲルマニウム添加石英ガラス導波路コアが
石英ガラスに埋め込まれた導波路とした。この得られた
導波路コアの断面形状は７μｍ×７μｍであり、コアと
回りの石英ガラスの屈折率の差は０．７５％である。

【００２２】実際に光合分波器のクロストークと損失を
測定したところ、従来は−１５dB、８dBであったもの
が、本実施例の構成により、導波膜の特性ばらつきの影
響を受けにくくなったので、それぞれ−３０dB、４dBに
大幅に改善された。

【００２３】また、クロストーク低減に関しては以下の
効果も含まれている。前述した図３に示す従来の導波路
構成においては、入力導波路７と出力導波路８とが同一
直線上に配置されているので、光ファイバと入力導波路
の接続部で漏れた光が直進し、出力側へ混入しクロスト
ークの劣下につながっていたのに対し、本発明の構成で
は、入力導波路２と出力導波路３とが同一直線上にない
ので、この影響がない。このように、入力導波路と光フ
ァイバの接続部で漏れた光が出力導波路に入らないよう
に導波路を配置することによりクロストークの低減が図
れる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アレー導波路回折格子型光合分波器のアレー導波路を折
り曲げて入力側および出力側のスラブ導波路を共通のも
のとして光回路面積を大幅に削減できる。従来、波長間
隔の狭い光ＦＤＭ用にアレー導波路回折格子型光合分波
器を適用する場合大きな基板が必要となり、生産性を考
えると実現が困難であったが、本発明を用いれば、ＷＤ
ＭだけでなくＦＤＭに対しても比較的小さな基板上に作
製が可能となる。

【００２５】また、アレー導波路の面積が低減できるの
で、導波膜のばらつきの影響が小さくなるので、クロス
トークと損失を低減できる。また、歩留まりも向上す
る。さらに、小型の基板ですむことにより基板代が節約
できるだけでなく、従来と比較して、ガラス膜堆積装
置、パターン化の露光装置、エッチング装置など、作製
工程のあらゆる装置の運用費用が低減できるので、光合
分波器の価格を大幅に低減できる。

【００２６】このように、本発明により、ＷＤＭやＦＤ
Ｍ用のアレー導波路回折格子型光合分波器が、歩留まり
良く、低コストで作製できるようになれば、光多重通信
の実現が可能となり、光通信システムの大容量化におい
て計り知れないほど大きな効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアレー導波路回折格子型光合分波
器の概略図である。

【図２】図１に示すスラブ導波路近傍の要部拡大図であ
る。

【図３】従来技術のアレー導波路回折格子型光合分波器
の概略図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 入力導波路 ３ 出力導波路 ４ アレー導波路 ５ スラブ導波路 ６ 基板 ７ 入力導波路 ８ 出力導波路 ９ アレー導波路 １０ 入力側スラブ導波路 １１ 出力側スラブ導波路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、基板上に形成される複数の入力
   導波路，複数の出力導波路，アレー導波路回折格子，入
   力側スラブ導波路及び出力側スラブ導波路とから構成さ
   れる導波路型の波長分割多重光通信用の光合分波器にお
   いて、該入力側スラブ導波路と該出力側スラブ導波路と
   が同一のスラブ導波路であることを特徴とするアレー導
   波路回折格子型光合分波器。